Validation dynamique

La validation dynamique du modèle est effectuée avec le modèle 50ème centile

pour deux postures, avec et sans dossier. La masse apparente et les transmissibilités de l’accélération verticale du siège aux segments du modèle sont calculées. Ces grandeurs sont ensuite comparées aux résultats des expérimentations décrites ci-après. Des données issues de la littérature seront également utilisées pour la validation du modèle.

III.1.2.1 Description des mesures et des résultats expérimentaux

III.1.2.1.1 Mesures sur siège rigide

Dans le cadre du projet SCOOP, une campagne de mesure d’un panel de sujets sur siège rigide a été réalisée [KIR00].

Quatre sujets -- trois hommes et une femme -- ont participé aux expérimentations. Les sujets sont assis sur un siège rigide et soumis à des vibrations verticales. Le siège se compose d’une assise de bois de type chaise de bureau, et d’un dossier moulé rigide dont la surface est celle d’un siège de BMW série 3. L’assise du siège est légèrement inclinée du fait de sa forme, et fait un angle de 100° avec le

Figure 124 : Dispositif expérimental utilisé pour la campagne de mesure sur siège rigide. [KIR00].

dossier. Les deux parties du siège ne sont pas solidaires l’une de l’autre, mais sont toutes deux fixées sur la plate-forme vibrante.

Trois postures sont testées : une posture assis redressé, une posture assis relâché, et une posture avec dossier. Pour les deux premières postures, les sujets n’utilisent pas le dossier et doivent conserver un position stable pendant toute la durée des mesures. Dans les trois cas, on utilise un repose pieds solidaire de la plate-forme vibrante.

Une accélération sinusoïdale d’amplitude constante est imposée au siège par l’intermédiaire de la plate-forme. Deux niveaux d’accélération sont testés pour chaque posture : 1ms-², et 2 ms-².

Pour chaque sujet, six configurations différentes sont donc utilisées.

• Assis avec dossier ; amplitude d’accélération de 1 ms-2.

• Assis avec dossier ; amplitude d’accélération de 2 ms-2.

• Assis sans dossier en posture redressée ; amplitude d’accélération de 1ms-2.

• Assis sans dossier en posture redressée ; amplitude d’accélération de 2ms-2.

• Assis sans dossier en posture relâchée ; amplitude d’accélération de 1ms-2.

• Assis sans dossier en posture relâchée ; amplitude d’accélération de 2ms-2. L’accélération est mesurée dans les trois directions de l’espace, en douze ou quatorze points anatomiques suivant la posture ; ainsi qu’au niveau de l’assise et du dossier, à l’interface avec le sujet. Des capteurs d’effort sont disposés au niveau de l’assise, et en deux points du dossier. La transmissibilité des différents segments anatomiques et la masse apparente pour chacun des capteurs d’effort sont calculées.

Pour les trois postures, les points anatomiques mesurés sont :

• L’arrière de la tête dans le plan sagittal.

• Les tempes, droite et gauche.

• Les acromions, droit et gauche.

• Le sternum dans le plan sagittal.

• Les épines iliaques antéro-supérieures droite et gauche.

• L’abdomen dans le plan sagittal.

• Les genoux, droit et gauche.

• L’épineuse de C7.

Pour les postures sans dossier sont également mesurées :

• L’épineuse de L3.

• L’épineuse de T7.

Les accéléromètres sont maintenus sur le sujet par l’intermédiaire de sangles, ou de plaques directement fixées par du ruban adhésif sur le sujet.

La masse apparente dans les différentes postures, ainsi que les transmissibilités dans les directions verticale et antéro-postérieure, seront utilisées pour la validation du modèle. La transmissibilité suivant l’axe médio-latéral n’est pas étudiée, car nous nous

intéressons aux mouvements et aux modes symétriques. L’ensemble des résultats, ainsi que les caractéristiques des sujets, sont fournis en annexe.

III.1.2.1.2 Mesures sur siège automobile

La campagne d’essais réalisée à Aubevoy sur le site RENAULT a été mise en place dans le cadre du programme SCOOP pour la validation des modèles mathématiques de transmissibilité de siège, et du modèle éléments finis corps humain siège. Des mesures de transmissibilité ont été réalisées sur cinq sièges fournis par les différents partenaires impliqués dans le projet. Trente et un sujets ont participé à la campagne d’essais. Pour chaque siège et chaque sujet, cinq signaux différents sont utilisés pour la sollicitation des sièges. Les accélérations sont mesurées au niveau du siège aux interfaces sujet/assise et sujet/dossier par deux accéléromètres triaxes. Les accélérations transmises au sujet sont mesurées en six points anatomiques par des accéléromètres monoaxes dont l’axe sensible est orienté verticalement. Le signal d’entrée est contrôlé au niveau de la glissière du siège par un accéléromètre monoaxe vertical.

Initialement, les sujets ont été sélectionnés par un plan d’expérience D optimal, basé sur les caractéristiques de masse apparente (7 paramètres). Les sujets sélectionnés sont issus de la base de données RENAULT, et leurs caractéristiques anthropométriques sont connues. Sur les 36 sujets choisis par le plan, certains ont du être remplacés pour cause d’indisponibilité. La sélection D optimal n’est donc plus respectée. Finalement, les essais ont été réalisés sur 31 sujets (11 femmes, 20 hommes).

Les sujets sont équipés avec six accéléromètres monaxes disposés au niveau de la tête, du thorax, des acromions, et des épines iliaques antéro-supérieures. Aucune tenue particulière n’est spécifiée, les sujets sont habillés normalement. Pour cette raison, les accéléromètres sont maintenus en place par l’intermédiaire d’appareillages simples :

Mesures tête : les sujets

portent un casque de soudeur (fig.125) de circonférence réglable, sur lequel est fixée une charnière. Le capteur est collé avec du ruban adhésif double face sur la charnière, ce qui permet de régler l’orientation de l’axe sensible. L’accéléromètre est positionné sur le front dans le plan sagittal de la tête.

Figure 125 : Instrumentation du sujet lors des mesures de transmissibilité sur siège réel.

Mesures thorax : les sujets portent un baudrier constitué d’une plaque de métal et de deux sangles de cuir (fig. 125). Les sangles passent derrière le cou et autour du torse des sujets, la plaque de métal est plaquée contre le sternum. Là aussi, une charnière est fixée à la plaque de métal pour assurer l’orientation du capteur.

Mesures bassin : les sujets portent une ceinture élastique, sur laquelle sont fixées deux charnières. Les charnières doivent être disposées sur les épines iliaques, leur position est réglable en largeur pour s’adapter aux différentes morphologies (fig.126).

Mesures épaules : les accéléromètres sont directement collés sur les acromions avec du sparadrap physiologique. On suppose que les axes sont bien verticaux (fig. 127).

Compte tenu de la grande diversité anthropométrique des sujets, et des différences importantes entre les sièges, il n’a pas été possible d’établir une posture fixe et répétable pour les essais. Il a donc été demandé aux sujets de s’installer confortablement dans le siège (pas forcément en posture de conduite). Un système de cale permet de régler la position des jambes. L’angle des cuisses par rapport à l’horizontale est relevé pour chaque sujet et chaque siège. Pendant le déroulement des essais, le sujet doit rester immobile, la tête droite et les mains sur les cuisses.

Lors de ces essais, cinq sièges ont été testés pour chaque sujet :

N° Identification Type de siège

1 bm3 BMW série 3 compact

2 bm7 BMW série 7

3 iv IVECO Daily

4 cl RENAULT Clio

5 sc RENAULT Scenic

Tableau 24 : Sièges testés. Figure 126 : Ceinture pelvienne utilisée

pour la disposition des accéléromètres sur

Les sièges sont fixés sur le banc par l’intermédiaire de cales métalliques. Pour tous les sièges, l’angle glissière est de 4 degrés (angle glissière/horizontale), la hauteur et l’inclinaison de l’assise sont réglées au plus faible. L’angle assise/dossier est fixé à 98 degrés.

Sur chaque siège, on vient coller deux cupules (ISO pad) à l’intérieur desquelles se trouve un accéléromètre triaxe (fig. 128). Les cupules sont des disques en matière plastique souple d’une vingtaine de centimètres de diamètre, comportant une partie centrale creuse. Le capteur est disposé dans la cavité, et maintenu en place par une plaque vissée.

La position des cupules est définie par rapport à la ligne horizontale passant par le point H. Le centre de la cupule assise se situe à 35 mm en avant de cette ligne. Le centre de la cupule dossier se situe à 320 mm au dessus de cette ligne. On repère sur chaque siège la position des cupules.

• L’axe z du capteur assise est normal à l’assise, l’axe y est latéral.

• L’axe z du capteur dossier est normal au dossier, l’axe y est latéral.

• La direction de l’axe y du capteur assise est opposée à la direction de l’axe y du capteur dossier.

Pour chaque sujet il est prévu une heure d’essai : dix minutes de préparation et d’instrumentation du sujet, puis dix minutes par siège. Pour chaque siège, la durée de sollicitation est de 5 minutes et 30 secondes. Les sollicitations imposées (fig. 129) sont les suivantes (dans l’ordre) :

• S1 Bruit blanc à 0.8 m.s-2 RMS pendant 2 mn.

• S2 Signal route D135 stationnarisé.

• S3 Signal route D135.

• S4 Signal route D65.

• S5 Signal route composé de trois saignées.

Lors de son arrivée le sujet est pesé, puis il est équipé avec le casque, la ceinture et le baudrier. Deux accéléromètres sont collés sur les acromions, de sorte que l’axe sensible soit le plus proche de la verticale. Le sujet s’assoit dans le premier siège sur lequel sont disposées les cupules. Une fois que le sujet a trouvé une position confortable, l’orientation des charnières est réglée à l’aide d’un niveau à bulle, et les quatre derniers capteurs sont collés. L’angle des cuisses est alors mesuré avec une planche posée sur les genoux du sujet.

Figure 128 : Disposition des cupules sur le siège.

Lors des changements de siège le sujet reste instrumenté. Les cupules sont installées sur le siège suivant. A chaque nouvelle installation du sujet, la position est modifiée. L’orientation des capteurs doit être à nouveau réglée, et l’angle de cuisse mesuré. Il faut également être attentif à la position de la ceinture élastique qui a tendance à remonter.

Nous avons pu réaliser des essais sur les variations de posture. Avec deux sujets, nous avons fait varier l’inclinaison du dossier par rapport à l’assise entre 90° et 110° pour un même siège (Clio).

Les résultats de ces essais n’ont pu être exploités, faute de temps, pour la validation du modèle homme/siège. Il apparaissait cependant intéressant de les inclurent dans ce document. Les résultats des essais traités sont fournis en annexe.

III.1.2.2 Validation du modèle en posture sans dossier

III.1.2.2.1 Masse apparente

Les données expérimentales de masse apparente les plus complètes ont été publiées par Fairley et Griffin en 1989 [FAI89]. La masse apparente d’un groupe de 60 sujets de sexe et d’âge très divers a été mesurée. Le groupe est composé de 12 enfants, 24 femmes, et 24 hommes sélectionnés au hasard, exception faite d’un effort fait pour avoir une vaste plage de poids et une répartition uniforme dans l’âge des sujets de

chaque sexe. Cette étude offre ainsi un corridor expérimental et une masse apparente moyenne représentatifs d’une très large population.

Les sujets sont assis sur la plate-forme vibrante, et ils adoptent une posture assis droit confortable. Le dispositif comprend un repose pieds solidaire de la plate-forme. La partie inférieure de la jambe est verticale et les mains sont posées sur les genoux. Outre la masse apparente brute, les auteurs ont calculé la masse apparente normalisée des soixante sujets, qui est la masse apparente rapportée à la masse statique (masse apparente à 0,5 Hz).

La masse apparente normalisée du modèle est comparée aux résultats expérimentaux de Fairley et Griffin, ainsi qu’aux résultats des essais sur siège rigide présentés précédemment. Parmi les mesures réalisées, nous utilisons dans cette partie la masse apparente des quatre sujets en posture assis-redressé et assis-relâché pour des

amplitudes de stimulus de 1 ms-² et 2 ms-². Nous utilisons la masse apparente

normalisée afin de nous affranchir du poids des sujets testés.

L’amplitude de la masse apparente du modèle a une allure générale conforme à l’amplitude des masse apparentes mesurées.

La résonance principale apparaît aux alentours de 5 Hz avec une amplitude maximum de 1,53 à 5,075 Hz. Les résultats expérimentaux présentent également une résonance principale vers 5 Hz avec des amplitudes variant de 1,5 à 2. On notera une certaine dispersion des résultats dans cette zone, due aux différences anthropométriques des sujets, ainsi qu’aux différences de posture et d’amplitude de stimulus.

Fairley et Griffin

BMW assis relaché / assis redressé Model